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MELDUNG/024: Nachrichten aus Forschung und Lehre vom 17.12.09 (idw)


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→  Erstmals Daten aus lebenden Zellen
      Optisches Verfahren misst molekulare Reaktionszeiten      
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Ludwig-Maximilians-Universität München - 15.12.2009

Erstmals Daten aus lebenden Zellen
Optisches Verfahren misst molekulare Reaktionszeiten

Die Moleküle in unseren Zellen bilden ein komplexes Netzwerk aus Wechselwirkungen, deren zeitliche Abläufe bislang nicht gemessen werden konnten. Biologen untersuchen stattdessen die Geschwindigkeit einzelner molekularer Reaktionen außerhalb der Zelle. Fraglich ist aber, wie aussagekräftig diese Analysen sind, weil die Moleküle der Zelle in meist höherer Konzentration vorliegen und alle Interaktionen gleichzeitig ablaufen.

Ein Team um den LMU-Biophysiker Professor Dieter Braun untersuchte nun mit einem optischen Verfahren die Reaktionszeiten für die Kopplung zweier Stränge des Erbmoleküls DNA direkt in der Zelle. Und wurde überrascht: "Wir hatten erwartet, in der Zelle schnellere Reaktionen zu finden", sagt Braun. "Die Kopplung lief aber abhängig von der Länge des DNA-Stranges manchmal sogar langsamer ab als außerhalb der Zelle." Mit Hilfe dieser Methode können nun auch Daten aus lebenden Zellen in Modelle einfließen, die komplexe Vorgänge in biologischen Zellen abbilden - und möglicherweise helfen, Krankheiten zu erforschen. (PNAS online, 14. November 2009)

Die Doppelhelix des Erbmoleküls DNA entsteht, wenn sich zwei Einzelstränge aneinanderlagern. In der Studie brachten das Forscherteam zwei zusammengehörende DNA-Stränge in eine Zelle ein und analysierte die Geschwindigkeit deren Hybridisierung, also deren Kopplung und Entkopplung. Zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit - die sogenannte Kinetik - induzierten sie mit einem infraroten Laser Temperaturschwingungen verschiedener Frequenzen in der Zelle und erfassten die Konzentration der Reaktionspartner, also der einzelnen bzw. gekoppelten DNA-Stränge. War die Frequenz langsamer als die Reaktionszeit, folgten die gemessenen Konzentrationen der Temperaturschwingung. War sie schneller, so zeigten die Konzentrationen gegenüber dem Temperaturverlauf eine zeitliche Phasenverschiebung.

Die Reaktionszeit ergab sich aus der Auswertung der Zeitverzögerungen und dem Rückgang der Amplituden. Die Konzentrationen wurden dabei mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen gemessen, die untereinander Energie austauschen, wenn sie nahe genug beieinander sind (FRET). Die LMU-Forscher versetzten die beiden DNA-Stränge mit Fluoreszenzfarbstoffen, die nur dann Energie übertrugen, wenn beide Stränge gekoppelt waren. Die Farbstoffe wurden über eine Stroboskoplampe angeregt, und die Fluoreszenzstärke mit einer CCD Kamera aufgenommen. Damit konnten die Biophysiker die Konzentrationsänderungen in der Zelle mit einer räumlichen Auflösung von etwa 500 Nanometer direkt sichtbar machen.

Sie stellten fest, dass DNA-Stränge, die aus 16 Basen-Bausteinen bestehen, im Vergleich zu extern gemessenen Werten in der Zelle etwa siebenmal schneller reagierten, wogegen die Reaktionsgeschwindigkeiten von 12-basiger DNA fünfmal niedriger lagen als außerhalb der Zelle. Dieses Ergebnis widerspricht der bislang vorherrschenden Vermutung, dass molekulare Reaktionen in Zellen wegen der dort vorliegenden hohen Konzentrationen grundsätzlich schneller ablaufen sollten als im Labor. "Offensichtlich modulieren Zellen die Reaktionsgeschwindigkeiten auf hochselektive Art und Weise" sagt Braun. "Die Messungen liefern wertvolle, in vivo gemessene kinetische Daten für die systematische Analyse des komplexen Systems Zelle" ergänzt Ingmar Schön, der die anspruchsvollen Experimente durchgeführt hat. Die Forscher wollen nun eine größere Bandbreite molekularer Reaktionen in lebenden Zellen vermessen. (CR/suwe)

Publikation:
"Hybridization Kinetics is Different Inside Cells"
Ingmar Schoen, Hubert Krammer, Dieter Braun
PNAS online, 14. November 2009

Ansprechpartner:
Prof. Dieter Braun
Systems Biophysics
Center for NanoScience (CeNS) und Exzellenzcluster
"Nanosystems Initiative Munich" (NIM) der LMU München
E-Mail: dieter.braun@lmu.de
Web: www.biosystems.physik.lmu.de

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung:
http://idw-online.de/pages/de/institution114

Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München, Luise Dirscherl, 15.12.2009

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Helmholtz Zentrum München / Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt - 16.12.2009

Gewinner des Karl Heinz Beckurts-Preises 2009 stehen fest

München, 16. Dezember 2009. Prof. Dr. Franz Josef Giessibl von der Universität Regensburg und Prof. Dr. Eberhart Zrenner vom Universitätsklinikum Tübingen sind die Gewinner des Karl Heinz Beckurts-Preises 2009. Die Preisverleihung mit anschließendem Empfang findet statt am Freitag, 18. Dezember 2009, um 17.00 Uhr im Max-Joseph-Saal der Residenz München.

Die Karl Heinz Beckurts-Stiftung zeichnet am 18. Dezember 2009 zwei Wissenschaftler mit dem Karl Heinz Beckurts-Preis 2009 aus. Die Preise in Höhe von jeweils 30.000 Euro werden vergeben für herausragende wissenschaftlich-technische Leistungen, von denen Impulse für die industrielle Innovation ausgegangen oder zu erwarten sind. "Mit dem Preis würdigen wir in diesem Jahr zwei hervorragende Forschungs- und Entwicklungsergebnisse, die als echte Innovation den Weg in die Anwendung geschafft haben und großen gesellschaftlichen Nutzen versprechen", so der Stiftungsvorsitzende Prof. Dr. Günther Wess. Professor Dr. Franz Josef Giessibl, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg, erhält den Beckurts-Preis 2009 für die Erfindung und Entwicklung eines Sensors, der Oberflächen mit atomarer Auflösung abtasten kann. Damit wurde die Basis für ein hoch auflösendes Mikroskop geschaffen. Der Sensor wird heute schon in zahlreichen Feldern eingesetzt, so etwa bei der dreidimensionalen Abbildung chemischer Kräfte oder der Messung elektrostatischer Kräfte, die durch die Ladung eines einzelnen Elektrons auf einem bestimmten Atom wirken.

Professor Dr. Eberhart Zrenner, Direktor des Forschungsinstituts für Augenheilkunde am Universitätsklinikum Tübingen erhält den Beckurts-Preis 2009 für seine herausragenden Forschungsergebnisse in der Forschung, Entwicklung und klinischen Erprobung des weltweit ersten subretinalen elektronischen Netzhautimplantats. Es kann bei erblindeten Menschen Sehleistungen wiederherstellen, die bis hin zur Erkennung von Buchstaben und Wörtern reichen. Dabei wird ein Chip mit 1500 lichtempfindlichen Dioden, Verstärkern und Elektroden unter die Netzhaut eingepflanzt, der das Bild in ein Raster von elektrischen Impulsen umwandelt und über Netzhautneurone an das Gehirn weiterleitet.

Die Helmholtz-Gemeinschaft und die Karl Heinz Beckurts-Stiftung vergeben zudem die Lehrerpreise 2009. In diesem Jahr werden 15 Lehrerinnen und Lehrer für besondere Verdienste im naturwissenschaftlichen Unterricht geehrt.

Die Karl Heinz Beckurts-Stiftung wurde 1987 von der Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren gegründet, um den Forscher und Manager Karl Heinz Beckurts, der 1986 einem Terroranschlag zum Opfer gefallen ist, zu ehren und das Andenken an ihn wach zu halten. Forschungseinrichtungen und Unternehmen der Wirtschaft brachten gemeinsam die Mittel für eine Stiftung auf, die sich vor allem die Förderung der Partnerschaft zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zum Ziel gesetzt hat.

Das Programm und weitere Informationen
erhalten Sie unter der Tel.-Nr. 089 3299-2232.

Weitere Informationen
zur Karl Heinz Beckurts-Stiftung:
www.beckurts-stiftung.de

Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.beckurts-stiftung.de

Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung:
http://idw-online.de/pages/de/institution44

Quelle: Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Michael van den Heuvel, 16.12.2009

Raute

Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de


veröffentlicht im Schattenblick zum 18. Dezember 2009